KR20100063524A - 전력용 반도체 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 전력용 반도체 모듈은, 전력용 반도체 소자가 마운팅되고 패턴이 형성되는 기판; 상기 기판에 전원을 인가하는 전원 단자 및 상기 기판에 신호를 입출력하는 신호 단자가 절연 수지 재질로 된 몸체부와 일체형으로 조립된 일체형 단자 유니트; 를 포함하며, 상기 일체형 단자 유니트를 상기 기판에 마운팅함으로써 상기 전원 단자 및 상기 신호 단자를 상기 기판에 동시에 연결하는 것을 특징으로 한다.

Description

전력용 반도체 모듈{POWER SEMICONDUCTOR MODULE}
본 발명은 전원을 공급하는 전원 단자 및 신호를 입출력하는 신호 단자를 일체화된 부품으로서 기판에 마운팅할 수 있는 전력용 반도체 모듈에 관한 것이다.
전력용 반도체 모듈은 인버터, 컨버터, 무정전전원장치 등에 사용되고, 모터컨트롤용, 스위칭용, 파워 써플라이용 등으로 응용되는 전력용 모듈을 말한다.
일반적으로 IGBT, 파워모스펫, 또는 바이폴라 트랜지스터 등으로 이루어진 전력용 반도체 모듈을 제작하는 데 있어서 각 재료의 접합 공정을 살펴 보면, 트랜지스터 소자와 다이오드 소자를 DBC(direct bonded copper) 기판에 접합하고 와이어로 연결하며, 외부로 연결되는 전원 단자 및 신호 단자를 상기 기판에 접합하게 된다.
여기서, 종래의 전원 단자 및 신호 단자는 일반적으로 별개의 부품으로 구성되는 한편, 이들 전원 단자 및 신호 단자는 DBC에 별도의 와이어로 연결되는 와이어 커넥팅 구조를 취하고 있다. 이러한 와이어 커넥팅 구조는 DBC의 구조를 복잡하게 하고, 조립 공수를 증가시키기 때문에 생산 수율이 떨어지며, 잠재적인 불량 발 생 요인이 되고 있는 실정이다.
본 발명은 전원 단자와 신호 단자를 개별 부품으로서 조립하는 구조가 아니라 일체형 단자 유니트로 제공하며, 일체형 단자 유니트를 DBC 기판에 한번에 마운팅함으로써 전원 단자와 신호 단자를 조립할 수 있어 조립 공수와 생산성이 대폭 향상된 전력용 반도체 모듈을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 전력용 반도체 모듈은, 전력용 반도체 소자가 마운팅되고 패턴이 형성되는 기판; 상기 기판에 전원을 인가하는 전원 단자 및 상기 기판에 신호를 입출력하는 신호 단자가 절연 수지 재질로 된 몸체부와 일체형으로 조립된 일체형 단자 유니트; 를 포함하며, 상기 일체형 단자 유니트를 상기 기판에 마운팅함으로써 상기 전원 단자 및 상기 신호 단자를 상기 기판에 동시에 연결하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예로서, 상기 전원 단자 및 상기 신호 단자는 상기 몸체부와 함께 동일한 사출 금형에서 인서트 사출된다.
일 실시예로서, 상기 신호 단자는 상기 몸체부와 함께 동일한 사출 금형에서 인서트 사출되고 상기 전원 단자는 상기 몸체부에 형성된 압입부에 압입됨으로써 상기 일체형 단자 유니트가 형성된다.
일 실시예로서, 상기 기판은 DBC(Direct Bonded Copper)기판이다.
일 실시예로서, 상기 전원 단자는, 상기 기판에 연결되는 안착부와, 상기 몸체부에 대한 위치를 제한하는 제한부와, 외부와의 전기적 연결을 위한 단자 연결부와, 상기 단자 연결부를 절곡시키는 절곡부를 구비한다.
본 발명의 전력용 반도체 모듈에 따르면, 전원 단자 및 신호 단자 중 적어도 하나를 절연 수지 재질로 된 몸체부와 동일한 사출 금형에서 일체로 성형함으로써 전력용 반도체 모듈의 구조가 단순해지고, 제조 공정에 들어가는 작업 공수가 줄어들어 조립 작업이 개선되며, 조립 불량률을 현저하게 줄일 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
도 1은 본 발명의 전력용 반도체 모듈의 구조를 도시한 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일체형 단자 유니트의 외관을 도시한 사시도이다. 도 3은 도 2의 조립 사시도이다. 도 1 내지 도 3을 함께 참조하며, 본 발명의 전력용 반도체 모듈의 구성 및 작용을 상세히 설명한다.
본 발명의 전력용 반도체 모듈은 기판(100)과 여기에 연결되는 일체형 단자 유니트(300)를 포함한다. 기판(100)은 전력용 반도체 소자(150)가 마운팅되고 패턴이 형성되는 것으로 DBC(Direct Bonded Copper)기판인 것이 바람직하다.
전력용 반도체 소자(150)의 예로는, 교류용 소자로는 싸리스터(SCR, TRIAC)등이 있고 직류용 소자로는 파워용으로 쓰이는 CMOS FET, IGBT 등이 있다. DBC(Direct Bonded Copper)기판은 고압용으로 사용되는 직접 구리 부착 방식 기판으로서, 베이스 플레이트가 없이 구리로 된 방열판에 전력 반도체 소자가 직접 부착되는 기판을 예로 들 수 있다. 전기 에너지로의 전환과 변환을 위하여 전기 산업에서 전력용 반도체 모듈은 매우 중요한 위치를 차지하고 있다. 새로운 전력용 반도체 모듈의 신흥시장은 높은 냉각 성능과 높은 전류 밀도 그리고 높은 신뢰성이 요구되는 대체 에너지 산업과 하이브리드 자동차 산업이다.
한편, 일체형 단자 유니트(300)는 전원 단자(210,220,230) 및 신호 단자(311,311',312,312',313,313',314,314')가 몸체부(390)와 일체형으로 조립된 것이다. 전원 단자(210,220,230)는 기판(100) 및 여기에 마운팅된 전력용 반도체 소자(150)에 전원을 인가하는 단자이며, 신호 단자(311,311',312,312',313,313', 314,314')는 기판(100)에 조립된 부품 및 패턴에 제어 신호를 입출력하는 단자이 고, 몸체부(390)는 절연 수지 재질로 이루어져 일체형 단자 유니트(300)의 골격을 이루는 것이다.
종래와 달리 본 발명에서는 전원 단자(210,220,230) 및 신호 단자(311,311',312,312',313,313',314,314')를 별개의 마운팅 작업으로 기판(100)에 올리는 것이 아니라, 일체형 단자 유니트(300)를 기판(100)에 마운팅하는 단일 작업에 의하여 전원 단자(210,220,230) 및 신호 단자(311,311',312,312',313,313', 314,314')를 기판(100)에 연결함으로써, 작업 공수와 생산성을 향상시킬 수 있고 잠재적 불량 요인을 제거할 수 있다.
일체형 단자 유니트(300)의 일 실시예로서, 전원 단자(210,220,230) 및 신호 단자(311,311',312,312',313,313',314,314')를 몸체부(390)의 사출 금형에 동시에 장착하여 한 번에 인서트 사출함으로써 성형할 수 있다.
이러한 실시예는 도 2에 잘 도시된다. 몸체부(390)는 여러 개의 신호 단자(311,311',312,312',313,313',314,314')들 사이, 전원 단자(210,220,230)와 신호 단자(311,311',312,312',313,313',314,314') 사이에 절연층으로 개재되는 부분으로서 절연 수지 재질인 것이 바람직하다.
전원 단자(210,220,230)는 3상 전원(R상, S상, T상 또는 U상, V상, W상)이 인가되는 경우 제1전원 단자(210), 제2전원 단자(220) 및 제3전원 단자(230)로 이루어진다. 일체형 단자 유니트(300)에는 이들 중 적어도 하나의 전원 단자가 일체화될 수 있다. 도시된 예에 의하면 제3전원 단자(230)가 일체형 단자 유니트(300)에 일체화되고 있다.
한편, 신호 단자(311,311',312,312',313,313',314,314')만을 몸체부(390)와 인서트 사출하고 전원 단자(230)는 몸체부(390)에 형성된 압입부(392)에 압입함으로써 일체형 단자 유니트(300)를 성형할 수 있다. 이러한 실시예는 도 3의 조립 사시도를 통하여 잘 이해할 수 있다.
여러 개의 신호 단자(311,311',312,312',313,313',314,314')와 몸체부(390)를 인서트 사출에 의하여 단일한 사출 금형에서 동시에 성형한 다음, 몸체부(390)에 형성된 압입부(392)에 전원 단자(230)의 일부를 압입함으로써 일체형 단자 유니트(300)를 형성한다.
일 실시예로서, 전원 단자(210,220,230)는 기판(100)에 마운팅되는 안착부(212,222,232)와, 몸체부(390)에 대한 조립 위치를 제한하는 제한부(234)와, 외부와 볼트 체결 등의 방법으로 전원이 연결되는 단자 연결부(238)와, 단자 연결부(238)를 제한부(234)에 대하여 소정 각도로 절곡시킴으로써 전원 연결을 위한 볼트 체결이 용이하도록 하는 절곡부(236)를 구비한다.
따라서, 전원 단자(210,220,230)는 일체형 단자 유니트(300)에 조립된 후에 몸체부(390)로부터 이탈이 방지되고, 기판(100)에 대하여 정확한 마운팅 높이 및 마운팅 위치를 유지할 수 있으며, 외부와 전원 연결시 접촉 불량을 억제할 수 있다.
일체형 단자 유니트(300)는 종래와 달리 와이어 등의 연결 방법에 의하지 아니하고 전원 단자(210,220,230) 및 신호 단자(311,311',312,312',313,313', 314,314')를 기판(100)에 직접 동시에 연결하므로, 기판(100) 및 여기에 마운팅된 전력 반도체 소자에서 높은 열이 발생하더라도 열적 변형에 의한 접촉 불량을 억제할 수 있고, 생산성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있으며 잠재적인 불량 요인을 미연에 제거할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 전력용 반도체 모듈의 구조를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일체형 단자 유니트의 외관을 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 조립 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100...기판 150...전력용 반도체 소자
210...제1전원 단자 212,222,232...안착부
220...제2전원 단자 230...제3전원 단자
234...제한부 236...절곡부
238...단자 연결부 300...일체형 단자 유니트
311,311',312,312',313,313',314,314'...신호 단자
390...몸체부 392...압입부

Claims (5)

  1. 전력용 반도체 소자가 마운팅되고 패턴이 형성되는 기판;
    상기 기판에 전원을 인가하는 전원 단자 및 상기 기판에 신호를 입출력하는 신호 단자가 절연 수지 재질로 된 몸체부와 일체형으로 조립된 일체형 단자 유니트; 를 포함하며,
    상기 일체형 단자 유니트를 상기 기판에 마운팅함으로써 상기 전원 단자 및 상기 신호 단자를 상기 기판에 동시에 연결하는 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전원 단자 및 상기 신호 단자는 상기 몸체부와 함께 동일한 사출 금형에서 인서트 사출되는 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 신호 단자는 상기 몸체부와 함께 동일한 사출 금형에서 인서트 사출되고 상기 전원 단자는 상기 몸체부에 형성된 압입부에 압입됨으로써 상기 일체형 단자 유니트가 형성되는 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 모듈.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 DBC(Direct Bonded Copper)기판인 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전원 단자는,
    상기 기판에 연결되는 안착부와, 상기 몸체부에 대한 위치를 제한하는 제한부와, 외부와의 전기적 연결을 위한 단자 연결부와, 상기 단자 연결부를 절곡시키는 절곡부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 모듈.
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